同步發(fā)電機(jī)故障分析ppt課件

1、第四章第四章 電力系統(tǒng)缺點(diǎn)分析電力系統(tǒng)缺點(diǎn)分析同步電機(jī)三相短路同步電機(jī)三相短路 三相短路起始次暫態(tài)電流計(jì)算三相短路起始次暫態(tài)電流計(jì)算 運(yùn)用運(yùn)算曲線計(jì)算三相短路周期分量運(yùn)用運(yùn)算曲線計(jì)算三相短路周期分量4.2 電力系統(tǒng)三相短路適用計(jì)算電力系統(tǒng)三相短路適用計(jì)算什么電勢在短路瞬間不會發(fā)生突變什么電勢在短路瞬間不會發(fā)生突變? ?v建立同步發(fā)電機(jī)電磁暫態(tài)數(shù)學(xué)模型和參數(shù)建立同步發(fā)電機(jī)電磁暫態(tài)數(shù)學(xué)模型和參數(shù) v需求確定一個在短路瞬間不發(fā)生突變的電需求確定一個在短路瞬間不發(fā)生突變的電勢，用來求取短路瞬間的定子電流周期分勢，用來求取短路瞬間的定子電流周期分量量 v發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)模型中發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)模型中(空載電勢空載電勢

2、E和同步電抗和同步電抗Xt) ，空載電勢將隨著勵磁電流的突變而突，空載電勢將隨著勵磁電流的突變而突變變 tEUjX I 同步發(fā)電機(jī)暫態(tài)模型同步發(fā)電機(jī)暫態(tài)模型 在無阻尼繞組的同步發(fā)電機(jī)中，轉(zhuǎn)子在無阻尼繞組的同步發(fā)電機(jī)中，轉(zhuǎn)子上只需勵磁繞組，與該繞組交鏈的總上只需勵磁繞組，與該繞組交鏈的總磁鏈在短路瞬間不能突變。因此可以磁鏈在短路瞬間不能突變。因此可以給出一個與勵磁繞組總磁鏈成正比的給出一個與勵磁繞組總磁鏈成正比的電勢電勢Eq ，稱為，稱為 q 軸暫態(tài)電勢，對應(yīng)軸暫態(tài)電勢，對應(yīng)的同步發(fā)電機(jī)暫態(tài)電抗為的同步發(fā)電機(jī)暫態(tài)電抗為 Xd 不計(jì)同步電機(jī)縱軸和橫軸參數(shù)的不對不計(jì)同步電機(jī)縱軸和橫軸參數(shù)的不對稱，無

3、阻尼繞組的同步發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模稱，無阻尼繞組的同步發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型可以用型可以用 暫態(tài)電勢暫態(tài)電勢E和暫態(tài)電抗和暫態(tài)電抗Xd表表示為示為dEUjX I 同步發(fā)電機(jī)次暫態(tài)模型同步發(fā)電機(jī)次暫態(tài)模型 在有阻尼繞組的同步發(fā)電機(jī)中，轉(zhuǎn)子上有在有阻尼繞組的同步發(fā)電機(jī)中，轉(zhuǎn)子上有勵磁繞組和阻尼繞組，與它們交鏈的總磁勵磁繞組和阻尼繞組，與它們交鏈的總磁鏈在短路瞬間不能突變。因此可以給出一鏈在短路瞬間不能突變。因此可以給出一個與轉(zhuǎn)子勵磁繞組和縱軸阻尼繞組總磁鏈個與轉(zhuǎn)子勵磁繞組和縱軸阻尼繞組總磁鏈成正比的成正比的q 軸次暫態(tài)電勢軸次暫態(tài)電勢 Eq，以及一個，以及一個與轉(zhuǎn)子橫軸阻尼繞組總磁鏈成正比的與轉(zhuǎn)子橫軸阻尼繞組總磁

4、鏈成正比的d 軸軸次暫態(tài)電勢次暫態(tài)電勢Ed，對應(yīng)的發(fā)電機(jī)次暫態(tài)電，對應(yīng)的發(fā)電機(jī)次暫態(tài)電抗分別為抗分別為Xd和和 Xq 忽略縱軸和橫軸參數(shù)的不對稱時，有阻尼忽略縱軸和橫軸參數(shù)的不對稱時，有阻尼繞組的同步發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型可以用繞組的同步發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型可以用 次暫態(tài)次暫態(tài)電勢電勢E和次暫態(tài)電抗和次暫態(tài)電抗 Xd表示為表示為qddEEEUjX I 運(yùn)用派克方程可以準(zhǔn)確計(jì)算恣意時辰短路電流，運(yùn)用派克方程可以準(zhǔn)確計(jì)算恣意時辰短路電流，但計(jì)算相當(dāng)復(fù)雜但計(jì)算相當(dāng)復(fù)雜 同步發(fā)電機(jī)三相短路電流同步發(fā)電機(jī)三相短路電流 實(shí)踐電機(jī)繞組中都存在電阻，因此一切繞組的實(shí)踐電機(jī)繞組中都存在電阻，因此一切繞組的磁鏈都隨時間變化，構(gòu)

5、成電磁暫態(tài)過程磁鏈都隨時間變化，構(gòu)成電磁暫態(tài)過程 工頻周期分量，其幅值將從起始次暫態(tài)電流逐工頻周期分量，其幅值將從起始次暫態(tài)電流逐漸衰減至穩(wěn)態(tài)值漸衰減至穩(wěn)態(tài)值 非周期分量和倍頻周期分量，它們將逐漸衰減非周期分量和倍頻周期分量，它們將逐漸衰減至零至零 短路電流計(jì)算普通指起始次暫態(tài)電流或穩(wěn)態(tài)短短路電流計(jì)算普通指起始次暫態(tài)電流或穩(wěn)態(tài)短路電流計(jì)算；而其它恣意時辰短路電流工頻周路電流計(jì)算；而其它恣意時辰短路電流工頻周期分量有效值計(jì)算工程上采用運(yùn)算曲線方法。期分量有效值計(jì)算工程上采用運(yùn)算曲線方法。起始次暫態(tài)電流計(jì)算起始次暫態(tài)電流計(jì)算 發(fā)電機(jī)采用次暫態(tài)模型，根據(jù)缺點(diǎn)前系統(tǒng)形狀計(jì)算同步發(fā)電機(jī)的次暫態(tài)電勢 00

6、000sinEEUX I 短路前在額定電壓下滿載運(yùn)轉(zhuǎn)： 000.125,cos0.8,1,1dXXUI 110.1250.61.075E 故故 短路前在額定電壓下空載運(yùn)轉(zhuǎn)或不計(jì)負(fù)載影響，那么有 000,1IE 起始次暫態(tài)電流的計(jì)算0()kEIXX 沖擊電流的計(jì)算chchmiK I GLTk0E X LXkXTX例 試計(jì)算圖示網(wǎng)絡(luò)中k點(diǎn)發(fā)生三相短路時的沖擊電流。 發(fā)電機(jī)G：取 同步伐相機(jī)SC：取 負(fù)荷：取 線路電抗每km以0.4計(jì)算NoImageNoImageNoImageGNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoIma

7、geNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImage變壓器變壓器T1： X6=0.105100/31.50.33 變壓器變壓器T2： X7=0.105100/200.53 變壓器變壓器T3： X8=0.105100/7.51.4 線路線路L1： X9=0.460100/11520.18 線路線路L2： X10=

8、0.420100/11520.06 線路線路L3： X11=0.410100/11520.03發(fā)電機(jī)：發(fā)電機(jī)： X1=0.12100/600.2 調(diào)相機(jī)：調(diào)相機(jī)： X2=0.2100/54 負(fù)荷負(fù)荷LD1： X3=0.35100/301.17 負(fù)荷負(fù)荷LD2 ： X4=0.35100/181.95 負(fù)荷負(fù)荷LD3 ： X5=0.35100/65.83解：1. 取 ，各元件電抗的標(biāo)幺值計(jì)算如下：100MVA,BBavSUU 11.08E 10.290.1860.3370.53100.062430.8E 21.2E 40.8E 50.8E 55.8331.1781.4110.0341.95kabc

9、2. 網(wǎng)絡(luò)化簡：1213691324710141213118133161313(/)0.2 1.170.330.180.680.21.17(/)4 1.950.530.061.941.95(/)0.68 1.90.031.41.930.681.9/1.08 1.170.80.210.21.17XXXXXXXXXXXXXXXE XE XEEEXX .0424427242461371286712131.21.950.84/0.9341.951.041.90.930.68/1.010.681.9E XE XEEEXXE XE XEEEXX 50.8E 55.83141.9381.01E k61.04

10、E 120.68131.930.8E 70.93E 55.8381.4110.03ka3. 起始次暫態(tài)電流計(jì)算 由變壓器T3方面提供的電流為 由負(fù)荷LD3提供的電流為 4. 沖擊電流計(jì)算 a點(diǎn)剩余電壓： 線路L1、L2的電流分別為 b、c點(diǎn)剩余電壓分別為： 因Ub和Uc都高于0.8，負(fù)荷LD1和LD2不會提供短路電流。故由變壓器T3方面來的短路電流都是發(fā)電機(jī)和調(diào)相機(jī)提供的，可取Ksh=1.8；而負(fù)荷LD3提供的短路電流那么取Ksh=1。8141.01 1.930.523IEX 3550.8 2.830.137LDIEX 8110.5231.40.030.75aUIXX 1612211.040.

11、750.680.4270.5230.4270.096LaLLIEUXIII NoImage 16927100.750.4270.330.180.970.750.0960.530.060.807baLcaLUUIXXUUIXX (1.8212) (1.820.52320.137)9.16 13.97kAchLDBiIII 短路處電壓級的基準(zhǔn)電流為：100kA9.16kA36.3BI 短路處的沖擊電流為：5. 近似計(jì)算： 思索到負(fù)荷LD1和LD2離短路點(diǎn)較遠(yuǎn)，可將它們略去不計(jì)。把同步發(fā)電機(jī)和調(diào)相機(jī)的次暫態(tài)電勢取作E1.0，這時網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷LD3除外對短路點(diǎn)的總電抗為：141692710118()/()

12、 (0.20.330.18)/(40.530.06)0.031.4 2.05XXXXXXXXX 變壓器T3方面提供的短路電流為： I1/2.050.49 短路處的沖擊電流為：(1.822) (1.820.4920.137)9.16 13.20kAchLDBiIII 此值較前面算的小6%，在實(shí)踐計(jì)算中，普通允許采用這種簡化計(jì)算。運(yùn)用計(jì)算曲線計(jì)算短路電流計(jì)算曲線與計(jì)算曲線法計(jì)算曲線與計(jì)算曲線法 計(jì)算曲線：為方便工程計(jì)算，采用概率統(tǒng)計(jì)計(jì)算曲線：為方便工程計(jì)算，采用概率統(tǒng)計(jì)方法繪制出一種短路電流周期分量隨時間和方法繪制出一種短路電流周期分量隨時間和短路點(diǎn)間隔而變化的曲線。短路點(diǎn)間隔而變化的曲線。 計(jì)算

13、曲線法：運(yùn)用計(jì)算曲線確定恣意時辰短計(jì)算曲線法：運(yùn)用計(jì)算曲線確定恣意時辰短路電流周期分量有效值的方法。路電流周期分量有效值的方法。 計(jì)算電抗：將歸算到發(fā)電機(jī)額定容量的組合計(jì)算電抗：將歸算到發(fā)電機(jī)額定容量的組合電抗的標(biāo)幺值和發(fā)電機(jī)次暫態(tài)電抗的額定標(biāo)電抗的標(biāo)幺值和發(fā)電機(jī)次暫態(tài)電抗的額定標(biāo)幺值之和定義為計(jì)算電抗，并記為幺值之和定義為計(jì)算電抗，并記為XCXC，即，即CdkXXX 計(jì)算曲線法的運(yùn)用計(jì)算曲線法的運(yùn)用 計(jì)算曲線分為汽輪發(fā)電機(jī)和水輪發(fā)電機(jī)兩種計(jì)算曲線分為汽輪發(fā)電機(jī)和水輪發(fā)電機(jī)兩種類型類型 計(jì)及了負(fù)荷的影響，故在運(yùn)用時可舍去系統(tǒng)計(jì)及了負(fù)荷的影響，故在運(yùn)用時可舍去系統(tǒng)中一切負(fù)荷支路中一切負(fù)荷支路 在

14、計(jì)算出以發(fā)電機(jī)額定容量為基準(zhǔn)的計(jì)算電在計(jì)算出以發(fā)電機(jī)額定容量為基準(zhǔn)的計(jì)算電抗后，按計(jì)算電抗和所要求的短路發(fā)生后某抗后，按計(jì)算電抗和所要求的短路發(fā)生后某瞬刻瞬刻t，從計(jì)算曲線或相應(yīng)的數(shù)字表格查得該，從計(jì)算曲線或相應(yīng)的數(shù)字表格查得該時辰短路電流周期分量的標(biāo)幺值時辰短路電流周期分量的標(biāo)幺值 計(jì)算曲線只作到計(jì)算曲線只作到XC=3.45為止。當(dāng)為止。當(dāng)XC3.45時，闡明發(fā)電機(jī)離短路點(diǎn)電氣間隔很遠(yuǎn)，近時，闡明發(fā)電機(jī)離短路點(diǎn)電氣間隔很遠(yuǎn)，近似以為短路電流的周期分量已不隨時間而變。似以為短路電流的周期分量已不隨時間而變。即即1tCIIIX 運(yùn)用計(jì)算曲線法的詳細(xì)計(jì)算步驟： 作等值網(wǎng)絡(luò)：選取網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)功率和基準(zhǔn)電

15、壓作等值網(wǎng)絡(luò)：選取網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)功率和基準(zhǔn)電壓普通選取普通選取SB=100MVA, UB=Uav，計(jì)算，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)各元件在一致基準(zhǔn)下的標(biāo)幺值，發(fā)電機(jī)采網(wǎng)絡(luò)各元件在一致基準(zhǔn)下的標(biāo)幺值，發(fā)電機(jī)采用次暫態(tài)電抗，負(fù)荷略去不計(jì)用次暫態(tài)電抗，負(fù)荷略去不計(jì) 進(jìn)展網(wǎng)絡(luò)變換：求各等值發(fā)電機(jī)對短路點(diǎn)的轉(zhuǎn)進(jìn)展網(wǎng)絡(luò)變換：求各等值發(fā)電機(jī)對短路點(diǎn)的轉(zhuǎn)移電抗移電抗Xik 求計(jì)算電抗：將各轉(zhuǎn)移電抗按各等值發(fā)電機(jī)的求計(jì)算電抗：將各轉(zhuǎn)移電抗按各等值發(fā)電機(jī)的額定容量歸算為計(jì)算電抗，即：額定容量歸算為計(jì)算電抗，即：CiikNiBXXSS 4. 求求t時辰短路電流周期分量的標(biāo)幺值：時辰短路電流周期分量的標(biāo)幺值： 根據(jù)各計(jì)算電抗和指定時辰根據(jù)各

16、計(jì)算電抗和指定時辰t，從相應(yīng)的計(jì)算，從相應(yīng)的計(jì)算曲線或?qū)?yīng)的數(shù)字表格中查出各等值發(fā)電曲線或?qū)?yīng)的數(shù)字表格中查出各等值發(fā)電機(jī)提供的短路電流周期分量的標(biāo)幺值機(jī)提供的短路電流周期分量的標(biāo)幺值 對無限大功率系統(tǒng)，取母線電壓對無限大功率系統(tǒng)，取母線電壓U*=15. 計(jì)算短路電流周期分量的有名值計(jì)算短路電流周期分量的有名值 網(wǎng)絡(luò)簡化與轉(zhuǎn)移電抗的計(jì)算v網(wǎng)絡(luò)的等值簡化12nIIII 1212 eqnneqEUEUEUEUZZZZ 即即： 等值電勢法 等效變換的原那么應(yīng)使網(wǎng)絡(luò)中其他部分的電壓、電流在變換前后堅(jiān)持不變。1E 2E nE 1Z2ZnZ1I 2I nI U I U I eqE eqZ1111ninii

17、ieqeqniiiiEEZEZZZ 121111neqZZZZ 111eqniiZZ 120nEEE 令令那那么么 0eqE 1E 2E nE 1Z2ZnZ1I 2I nI U I U I eqE eqZ0U 令令1212eqnneqEEEEZZZZ 那那么么 星網(wǎng)變換法11mijinjnkknXX XX 1243n4X1X3X2X124324X1X3X41X12X34X23X Y-變換公式 - Y變換公式121212313131232323123111111111Xx xxxxXx xxxxXx xxxx121311213231223212132313233121323XXxXXXXXxXX

18、XXXxXXX Y-變換 3x122x1x312X13X23X123利用電路的對稱性化簡 電位相等的節(jié)點(diǎn)，可直接相連； 等電位點(diǎn)之間的電抗，可短接后除去。126X3X1E 2E 4X5X2X1X6X3X12EE 4X2X1X1212EE v轉(zhuǎn)移阻抗的概念 /ikkiXEI 定義定義 假設(shè)只在第假設(shè)只在第i個電源節(jié)點(diǎn)加電勢個電源節(jié)點(diǎn)加電勢Ei，其他，其他電勢為零，那么與從第電勢為零，那么與從第k個節(jié)點(diǎn)流出網(wǎng)絡(luò)的個節(jié)點(diǎn)流出網(wǎng)絡(luò)的電流電流Ik之比值，即為之比值，即為i節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)與k節(jié)點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)移阻抗移阻抗Xik 。2E 2X3E 3X4X1E 1X5X1E 2E 3E 1kX2kX3kX

19、1212inkkkiknkEEEEIZZZZ 運(yùn)用前提 線性網(wǎng)絡(luò)的疊加原理 轉(zhuǎn)移阻抗的運(yùn)用v轉(zhuǎn)移電抗的計(jì)算 v 網(wǎng)絡(luò)化簡法1E2E3E1kX2kX3kX1E2E3E1X2X3Xn4X2kX13X3X12X1kX23X3kX1E2E3E11122124124433345/aababkkbkUI XXIUXXXIIIUUI XIUXIIIEUI X /ikkiXEI 2X3X4X1XkXkE2I3I4I1IkIab2E2X3E3X4X1E1X5Xk 單位電流法 令 ，在 點(diǎn)加上 ，使支路 中經(jīng)過單位電流，即取 ，那么1230EEE kkE1X11I 各電源對短路點(diǎn)的轉(zhuǎn)移電各電源對短路點(diǎn)的轉(zhuǎn)移電抗抗

20、例 某系統(tǒng)等值電路如下圖，一切電抗和電勢均為歸算至一致基準(zhǔn)值的標(biāo)幺值。 1試求各電源對短路點(diǎn)的轉(zhuǎn)移電抗。 2假設(shè)在k點(diǎn)發(fā)生三相短路，試求短路點(diǎn)電流的標(biāo)幺值。解：解：1求轉(zhuǎn)移電抗求轉(zhuǎn)移電抗 網(wǎng)絡(luò)化簡法60.07521.1E 11.25E 31E 41.451.420.8310.8331.53k60.07531E 21.1E 20.8311.25E 10.8390.4570.4980.49k110.52531E 21.1E 11.25E 10.83101.3280.49k233.26X31E 21.1E 11.25E 1.21k3kX3.042kX10.83kX 合并電源的主要原那么 距短路點(diǎn)電氣

21、間隔即相聯(lián)絡(luò)的電抗值大致相等的同類型發(fā)電機(jī)可以合并； 遠(yuǎn)離短路點(diǎn)的不同類型發(fā)電機(jī)可以合并； 直接與短路點(diǎn)相連的發(fā)電機(jī)應(yīng)單獨(dú)思索； 無限大功率系統(tǒng)因提供的短路電流周期分量不衰減而不用查計(jì)算曲線，應(yīng)單獨(dú)計(jì)算。例 圖示電力系統(tǒng)在k點(diǎn)發(fā)生三相短路，試求： 1t=0s和t=0.5s的短路電流； 2短路沖擊電流及0.5s時的短路功率。G3 NoImageNoImageNoImageNoImageG4 NoImageNoImageNoImageSG1 G2 NoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImage水電廠水電廠火電廠火電廠各元件的型號和參

22、數(shù)為：各元件的型號和參數(shù)為： 無限大功率系統(tǒng)內(nèi)電抗無限大功率系統(tǒng)內(nèi)電抗X=0 G1、G2每臺容量為每臺容量為31.25MVA Xd=0.13 G3、G4每臺容量為每臺容量為62.5MVA Xd= =0. T1、T2每臺容量為每臺容量為31.5MVA, Uk(%)=10.5 T3、T4每臺容量為每臺容量為60MVA， Uk%=10.5 母線電抗器為母線電抗器為10kV, 1.5kA, XR%=8 線路線路L1長長50km，0.4/km 線路線路L2長長80km，0.4/km 解：解：1. 參數(shù)計(jì)算，作等值網(wǎng)絡(luò)參數(shù)計(jì)算，作等值網(wǎng)絡(luò) 取取SB=100MVA, UB=Uav，各元件電抗的標(biāo)幺值為：，各

23、元件電抗的標(biāo)幺值為： 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)G1，G2： X1=X2= 0.13100/31.250.416 變壓器變壓器T1，T2： X3=X4= 0.105100/31.50.333 電抗器電抗器R：522(%)100310100 0.080.27910.531.5dRNdNSXUXUI 線路線路L1： X6= 0.450100/11520.151 線路線路L2： X7= 0. 450100/11520.242變壓器變壓器T3，T4： X8=X9= 0.105100/60 0.75 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)G3，G4： X10=X11= 0.100/62.5 0.2162. 化簡網(wǎng)絡(luò)，求各電源對短路點(diǎn)化簡網(wǎng)絡(luò)，

24、求各電源對短路點(diǎn)的轉(zhuǎn)移電抗的轉(zhuǎn)移電抗 X12=(X1X3)/20.375 X13=(X8X10)/20.196作作Y-變換，并除去電源間的轉(zhuǎn)移電抗支路變換，并除去電源間的轉(zhuǎn)移電抗支路 X14=X6X13 X6X13/ X70.469 X15= X6X7 X6X7 / X130.579NoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImage各等值發(fā)電機(jī)對短路點(diǎn)各等值發(fā)電機(jī)對短路點(diǎn) 的轉(zhuǎn)移電抗分別為：的轉(zhuǎn)移電抗分